5G承载网络演进及部署方案研究

5G承载网络演进及部署方案研究

王平 叶小东

广州杰赛科技股份有限公司 广东 广州 510310

摘要：现在5G即将商业化，试点工作正在紧锣密鼓地进行中。现有的5G承载网络解决方案本质上是现有网络体系结构的演进，但是由于尚未确定标准，因此有许多部署5G承载网络的选择，但是，从进化的角度来看，运营商可能会发现SDN+OTN和SDN+PTN方案在性能和成本平衡方面更具优势。 但是，IPRAN也有自己的优势。因此，在即将实现5G商业化的同时，承载必须先行，标准的建立迫在眉睫。

关键词：5G；承载网络演进；部署方案

前言：5G无线网络的覆盖范围比4G更为广泛和密集。接入网采用集中式无线接入网C-RAN架构。承载网络面临超高带宽，超低延迟，精确同步，灵活切片和开放性。对于诸如与现有网络的连接性和4G/5G共站轴承等要求，还需要考虑诸如调谐和可靠性等挑战。因此，承载网络需要更灵活的网络结构来适应无线网络的发展。现有的承载网络技术：基于IP的无线接入网络IPRAN，分组传输网络PTN，光传输网络OTN等不能完全满足5G演进的新要求。因此，5G承载网络引入了网络切片技术和软件定义的网络SDN技术，网络功能虚拟化NFV以及与访问无关的新技术，以满足云化，差异化服务和管理控制的要求。

一、5G网络架构

5G网络部署有两种主要架构。独立部署和非独立部署。独立部署（SA）是一套全新的网络，包括新的5G基站，新的传输链路和核心网络（NGC）。独立网络不依赖现有的4G网络体系结构，而是充分利用5G网络的优势，它具有数十Gb的高速，1ms的低延迟，高可靠性，它提供高性能，例如大规模数据连接。非独立部署（NSA）将5G网络功能与基于现有4G基站和核心网络，与现有4G网络基础架构结合在一起。NSA作为过渡方案（后期升级为SA），以提升热点地区的速度和容量为主要目标。没有单独的信令面，它依赖于现有的4G基站和核心网络。优点是5G发展的初期阶段快，投资少，效果快。缺点是需要升级现有的4G网络，这会影响现有网络的性能和平稳运行。同时，5G性能和功能将大大降低。

二、5G 网络架构演进对承载网的要求

典型的无线访问网络是终端到基站的连接。在5G网络的演进中，RRU的远程化已成为将RRU与BBU分离，让RRU和天线靠近，实现BBU池或云化的重要指标。 这是为了满足3GPP标准中定义的uRRLC，eMBB，mMTC和其他应用程序的应用场景，这是一种公认的解决方案。这种类型的无线访问的发展将不可避免地在承载网络中带来以下变化：换句话说，流量流向是多样化的。在LTE中，实际上只有两种类型的网络服务流量，即S1和X1，并且S1的流向是固定的。5G有所不同。由于DC间的流量，更改核心网络的位置将导致S1流量向多个方向流动。 在承载网中，需要实现统一的承载。5G需要CU，DU和AAU，并且CU和DU功能分离，这样使网络方法极为灵活。D-RAN，C-RAN，H-RAN和最新的F-RAN均可实现5G网络建设。最有代表性的技术是C-RAN。这不仅扩展了RRU，而且将BBU直接集成到计算机室中。换句话说，中央计算机室（CO）成为所谓的BBU基带池，并受到有效控制成本。

在这种情况下，5G网络分为三个部分：前传，中传和回传。与现有的LTE网络相比，5G承载网络具有另一个中传网络。在这种情况下，当与3GPP标准中定义的应用场景结合使用时，对于5G，基站的带宽需求将显着增加，基本上超过1 Gbit/s，并达到20 Gbit/s的峰值。对于4G，至少提升10到100倍。同时，进一步降低了端到端延迟要求。对于S111站类型，CIR/PUR可以分别达到4Gbit /s和16Gbit/s。根据每个接入环中的六个站点，一个站点已达到峰值带宽，并以此为基础进行计算。为了满足要求，接入环带宽必须保证至少为40 Gbit/s。同时，有必要考虑5G网络架构需要超高密度部署，因此从目前的角度出发，有必要保证至少100 Gbit/s。

三、5G 承载网的演进与部署分析

（一）5G 承载网现有部署方式

对于5G，承载网络当前具有三个主要选项：SDN+OTN，SDN+PTN和IPRAN。 其中，SDN+OTN和IPRAN由中国电信主导，而SDN+PTN由中国移动主导。对于中国联通，他们没有参加这项比赛，但是在WDM技术中发挥了重要作用。以SDN + PTN解决方案为例。SDN + PTN本质上是基于IP/MPLS/SR/SE（切片以太网）/波长拆分多路复用技术的端到端分层交换网络，可将网络拆分为L0/L1/L2/L3。其中L0物理层基于WDM技术，L1的链路层基于Flex E（网络切片），L2和L3用于数据包转发层。该层使用SDN控制的MPLS-TP + SR（SR-TP）来组网，对VPN的L3支持和灵活的调度要求。SDN + OTN解决方案基于分组增强型OTN设备，增强了L3路由和转发以及网络切片功能，简化了OTN转发路径和管理复杂性。IPRAN解决方案是集中部署控制器和转发平面，并使用分布式控制协议以获得更灵活的控制功能。每个网络元素都可以配置自己的SR节点标签和邻接标签，并使用BGP-LS上载控制器和网络元素。另一方面，IGP-SR用于实现路由信息的传播。根据以上解决方案，结合以上分析，可以将5G承载分为前传承载，中传承载和回传承载。每个前孔支架最有利的解决方案是作为WDM承载，此解决方案消耗的光缆相对较少，并且具有强大的多服务扩展。除CPRI服务外，还可以实现贷款和专业业务接入。此外，端到端维护，可靠性和灵活的网络拓扑结构直接适应BBU集中式云模式。对于中孔传和回传承载，这取决于承载标准所要求的方案。上面所有三种方案都是可选的，但是重要的一种是SDN（一种软件定义的光网络），这是必须的，还有网络切片，SR和其他技术。

（二）5G 承载网部署讨论

在建立5G承载网络的初期阶段，2018年讨论了以上三种解决方案。本节介绍了中国电信的解决方案，一种基于现有网络的IPRAN。结合增加的流量来升级设备。 接入层的UNI接口速率为10GE，可直接构建新设备以支持SR/slice/EVPN和IPRAN上的其他技术，并从下到上分层演进，形成一个全面的承载网络。在建设的早期阶段，它主要替换接入层设备，集成服务接入点组件10GE环路，连接现有的聚合设备并实现第三方制造商隔离。从中期来看，将考虑使用25/50GE环路，而核心汇聚层将使用100GE端口网络。如果没有足够的插槽或容量，则可以更换核心设备。当前，对于OTN设备，最大速度为400 Gbit/s，已接近T级别。在成本方面，现代设备无法满足运营商的需求，因此已决定在3至5年内满足业务发展的需求。成熟时，集成服务访问点可直接提供100GE干预，核心汇聚层是所有新设备，并且容量可按需扩展。

结语：综上所述，当5G即将商业化时，承载网络还没有标准。在这种情况下，运营商直接采用各种承载网络建设计划，例如SDN + OTN，SDN + PTN和IPRAN等方案形式，这些方案各有优势。5G承载网络技术基本上是明确的，但是由于没有标准，因此尚不清楚哪种方法更好，但是承载网络分为三个部分：前传，中传和回传以及云化。

参考文献：

[1]董劲松.面向5G的IP RAN承载网架构演进方案[J].邮电设计技术,2020(07):71-78.

[2]王海军,庞冉,刘琦.面向5G回传的IPRAN网络演进[J].通信世界,2019(12):24-26.

[3]田洪宁,刘琦,尹祖新.5G承载网络演进及部署方案探讨[J].邮电设计技术,2018(11):41-45.